鄂尔多斯盆地富县地区延长组长7 烃源岩特征及评价

黄彦杰，白玉彬,2，孙兵华，黄 礼，黄昌武

（1.西安石油大学地球科学与工程学院，西安 710065；2.陕西省油气成藏地质学重点实验室，西安 710065；3.延长油田股份有限公司富县采油厂，陕西延安 716000；4.中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

0 引言

烃源岩是油气生成的基础。近年来，自美国成功勘探开发页岩油后，我国含油气盆地中页岩油的开发也取得了较大的进展［1］。其中，鄂尔多斯盆地页岩油资源十分丰富，与国内其他含油气盆地相比，鄂尔多斯盆地三叠系优质烃源岩较为发育，具有总有机碳（TOC）含量高、生排烃潜力大的特征，为页岩油的勘探开发奠定了基础。三叠系延长组发育北西—南东向生烃中心［2-4］，其中长7 烃源岩分布范围最广，尤其是长7 下部的“张家滩页岩”是最优质的烃源岩，为研究区的油气聚集成藏提供了丰富的油源［3-4］。关于鄂尔多斯盆地烃源岩的研究，学者们已经取得了较为丰硕的成果，主要集中在盆地西部和西南部［5-6］，但位于盆地东南部的富县地区的烃源岩研究较少，长7 沉积时期的富县地区为湖盆沉积中心，烃源岩厚度较大，且质量较好［7-8］。近年来，勘探家们在富县地区延长组长7 烃源岩中的致密油勘探获得重要突破。已有研究成果表明［8-11］，富县地区三叠系油藏为典型的构造-岩性油气藏或岩性油气藏，储层致密、非均质性强，探明的含油层受沉积相和储层物性控制，具有平面上大面积连片分布和纵向上复合叠置的特征。

杨华等［12］通过研究鄂尔多斯盆地烃源岩特征认为，延长组长7 烃源岩在志丹地区最厚，向东至甘泉—富县一带逐渐变薄，有机质热演化程度较高；王晖等［13］认为富县地区延长组长7 烃源岩的下部页岩的有机质热演化程度相对较低，大部分页岩仍处于生油窗期；袁媛等［14］总结了甘泉—富县地区长7 烃源岩受沉积相带控制，整体表现为“西北部较厚、向东南逐渐变薄”的特征，有机质热演化程度较高，已处于成熟阶段；贺永红等［15］认为富县探区长7 烃源岩呈条带状展布，中间较厚，两侧较薄。上述研究从宏观上阐述了研究区烃源岩的分布特征，但未能明确富县地区长7 烃源岩的生烃潜力，笔者在一系列地球化学指标分析的基础上，评价富县地区长7 烃源岩的有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度，并结合饱和烃气相色谱特征、生物标志化合物对其生烃潜力进行综合评价，以期对富县地区长7 致密油勘探具有指导意义。

1 区域地质概况

贾承造等［16］研究认为，中国中西部晚三叠世沉积均具有“大原盆、小今盆”的特点，如华北地台区上三叠统延长组沉积期，湖盆水体浅，南陡北缓，南深北浅，向西开口，远超现今鄂尔多斯盆地的分布范围。

鄂尔多斯盆地是中国第二大含油气盆地，为多旋回、多构造体系的大型沉积盆地。晚三叠世早期，盆地受印支运动影响，在南部形成了大范围的湖泊沉积，经历了“早期的雏形—鼎盛时期—湖盆消亡”的演化过程［17］。在这个过程中，盆地自下而上沉积了三叠系、侏罗系及白垩系等地层，其中三叠系延长组是盆地最重要的含油层系，延长组自上而下依次划分为长1—长10共计10 个油层组。长7 沉积时期为湖盆大面积发育的鼎盛时期，水体不断加深，半深湖—深湖沉积大面积发育，水生生物及浮游生物大量繁盛，为烃源岩发育的良好场所。

富县地区位于鄂尔多斯盆地东南部，面积约为350 km2［图1（a）］。在差异压实作用下，构造上具有“东高西低”的特点，局部地区发育低幅度鼻状构造，断裂发育不明显。晚三叠世长7 沉积时期，湖盆快速扩张，在南部形成大型湖泊，富县地区位于沉积中心，普遍发育半深湖—深湖亚相泥页岩，该套优质烃源岩的发育为延长组油气藏的形成提供了良好的物质基础。

图1 鄂尔多斯盆地富县地区的地理位置（a）和长7 页岩厚度等值线图（b）Fig.1 Geographical location（a）and shale thickness isogram of Chang 7（b）in Fuxian area，Ordos Basin

2 烃源岩分布特征

2.1 纵向测井响应特征

页岩也可作为油气吸附的重要载体，页岩中的有机质是烃类形成的物质基础，高有机质含量是油气富集的前提条件［18］。有机质含量高的烃源岩或饱含油的烃源岩在测井曲线上与非烃源岩具有较大的差异［19］，因此，可用测井曲线组合法［20］来定性识别烃源岩。一般来讲，岩层中富含的有机质含量越高，测井曲线表现出的异常值就越大。Passey等［21］认为烃源岩在测井曲线上主要表现为“高自然伽马、低密度、高声波时差、高电阻率”的特征。黄晨等［22］、朱振宇等［23］均认为，测井曲线对烃源岩的响应主要表现为“高自然伽马、低密度测井、高声波时差、高电阻率”特征。

鄂尔多斯盆地富县地区发育长7 油层组中下部的长73富有机质页岩，俗称“张家滩页岩”，其在测井曲线上表现出“高伽马、低电位、高声波时差和高电阻”的“三高一低”特征［18］（图2）。长7 油层组上部的长71、长72小层为半深湖—深湖亚相沉积，也常可见页岩和暗色泥岩发育，富有机质泥页岩与不含有机质泥页岩在测井曲线上较易区分。

2.2 平面分布特征

富县地区长7 烃源岩顶面埋深多为1 340～1 630 m，西部地区埋深相对较大，多大于1 470 m，东部地区埋深相对较浅，约为1 400 m。平面上烃源岩厚度变化较大［图1（b）］，最厚可超过80 m，最薄处小于25 m，多数为40～60 m。沉积中心位于中部及西北部，平均厚度大于45 m，最大值为82 m；西南部及中部偏北地区的烃源岩厚度相对较薄，多小于30 m，具有大面积、广覆式的分布特征。

图2 富县地区富有机质烃源岩在测井曲线上的响应特征Fig.2 Response characteristics of organic-rich source rocks on logging curves in Fuxian area

3 烃源岩地球化学特征

3.1 有机质丰度

有机质丰度是评价烃源岩优劣及生烃能力的重要指标［24］。通常用TOC、氯仿沥青“A”、生烃潜量（S1+S2）等指标来评价烃源岩的有机质丰度。鄂尔多斯盆地富县地区长7 黑色泥页岩的有机地球化学分析结果表明（表1），TOC 质量分数为0.39%～7.62%，平均为5.06%；氯仿沥青“A”质量分数为0.17%～0.53%，平均为0.41%；S1+S2为1.40～23.03 mg/g，平均为13.1 mg/g。根据“陆相烃源岩地球化学评价方法”［25］，可将富县地区长7 暗色泥页岩划归为“好烃源岩”类别。

刘岩等［26］对鄂尔多斯盆地长7 烃源岩进行研究后认为，TOC 含量在姬源—华池—宜君一线含量最高，向四周呈环状递减，富县地区烃源岩中TOC质量分数为4%～7%。结合研究区烃源岩平面分布特征可知，富县地区西北部及中部地区的烃源岩厚度较大，TOC 含量在平面上的分布差异性较小。

表1 富县地区长7 烃源岩有机质地球化学特征Table 1 Geochemical characteristics of organic matter of Chang 7 source rock in Fuxian area

3.2 有机质类型

烃源岩生烃潜力和烃类产物的特征与烃源岩中的有机质类型紧密相关［14］。通过分析富县地区长7烃源岩的有机质显微组分、热解参数、氯仿沥青“A”族组分等指标，可综合判定长7 烃源岩有机质母质类型以Ⅰ～Ⅱ1型为主。

3.2.1 干酪根显微组分

烃源岩干酪根有机显微组分能反映出母质沉积时的特征、类型、沉积环境及热演化特征［14］。通过长7 烃源岩干酪根有机显微组分特征可以得出（表2），富县地区长7 烃源岩干酪根的腐泥组含量最高，其次为镜质组，但镜质组含量不高，其体积分数仅占5%，基本不含壳质组及惰质组，表明其母质类型为低等水生生物。通过有机质类型指数Ti的计算可划分出干酪根类型［27］。计算公式为：Ti=［（φ（腐泥组）×100＋φ（壳质组）×50-φ（镜质组）×75-φ（惰质组）×100）］/100，当Ti＞80 时可将其划分为Ⅰ型，当80＞Ti＞40时可将其划分为Ⅱ1型，当40＞Ti＞0时可将其划分为Ⅱ2型；当Ti＜0 时可将其划分为Ⅲ型。计算结果显示，富县地区长7 烃源岩干酪根类型为Ⅰ型干酪根。

表2 富县地区长7 烃源岩干酪根有机显微组分Table 2 Organic microscopic composition of kerogen of Chang 7 source rock in Fuxian area

3.2.2 烃源岩热解参数

可用烃源岩热解参数来划分其母质类型，这一划分方法在烃源岩的低熟—中等成熟阶段均较为有效［28］。以岩石最大热解峰温（Tmax）为横坐标、氢指数为纵坐标进行相关关系投点（图3），根据有机质类型划分图版可以得出，富县地区长7 烃源岩为Ⅰ—Ⅱ1型，有机质类型总体较好，以生油为主。

3.2.3 可溶有机质族组分

烃源岩可溶有机质族组分可反映烃源岩的母质类型。富县地区长7 烃源岩可溶有机质族组分数据显示（表3）：饱和烃的质量分数为21.17%～44.04%，芳烃的质量分数为6.16%～22.01%，沥青质的质量分数为24.19%～54.79%，非烃的质量分数为8.71%～19.78%，“饱芳比”为1.27～3.52。族组分特征表现为饱和烃、芳烃、非烃等含量均较低，沥青质含量较高，“饱芳比”低，根据这一特征可将其划归为Ⅱ1～Ⅱ2型干酪根。随着烃源岩成熟度的增加，烃源岩持续排烃，导致烃源岩中轻烃组分降低，烃源岩成熟过程中也会发生轻烃组分散失。因此，通过可溶有机质判断有机质类型与其他方法的判断结果具有一定差异，可起到辅助参考作用［28］。

图3 富县地区长7 黑色泥页岩氢指数和Tmax有机质类型划分Fig.3 Hydrogen index and Tmaxorganic matter type division of Chang 7 black mud shale in Fuxian area

综上所述，根据不同地球化学指标所判别的有机质类型特征，可以得出富县地区长7 烃源岩的有机质类型主要为Ⅰ—Ⅱ1型，含部分Ⅱ2型。有机质类型较好，生烃潜力较大。

表3 富县地区长7 烃源岩可溶有机质组分与有机质类型划分Table 3 Composition of soluble organic matter and classification of organic matter types of Chang 7 source rock in Fuxian area

3.3 有机质成熟度

有机质成熟度是评价烃源岩的重要指标之一。其中镜质体反射率（Ro）、Tmax均是反映有机质热演化程度的常用指标［14］。根据这2 个参数的分析测试数据可以判断，富县地区长7 烃源岩已进入成熟阶段，处于生油阶段。

Ro是有效加热时间和温度的函数，具有不可逆性［30］。因此，Ro是干酪根热演化阶段和成熟度的最佳参数，其值越大，则热演化程度越高［31-32］。富县地区长7 烃源岩中有机质的镜质体反射率为0.70%～0.79%，平均为0.76%，开始进入生油高峰。

Tmax随着其热演化程度的增加而不断变大，且Tmax和Ro之间存在良好的相关性［30］。因此，利用Tmax判别有机质热演化程度可以作为Ro的补充，也是分析烃源岩有机质成熟度的良好指标。富县地区长7 烃源岩的Tmax值为444～457 ℃，平均为451.7 ℃，达到成熟阶段。

3.4 饱和烃气相色谱特征

富县地区长7 烃源岩的饱和烃色谱峰型显示正构烷烃整体呈单峰分布，主峰碳位于低碳数一端，除FX120 井第一块长71样品主峰碳为C21，其余主峰碳分布在C15～C17，反映了烃源岩沉积母质类型以水生生物为主（图4）。碳优势指数（CPI）为1.04～1.13，平均为1.08（表4）；奇偶优势比值（OEP）为1.01～1.03，平均为1.02，反映了黑色泥页岩正构烷烃奇偶或偶奇优势消失，达到成熟阶段，开始进入生烃门限。nC21-/nC22+比值为0.80～3.42，平均为2.43，反映了烃源岩正构烷烃以单峰为主，低碳数组分占优势，显示母质类型以水生生物为主，有机质类型好；（nC21+nC22）/（nC28+nC29）值为1.97～4.54，平均为3.63，表明母质沉积环境为还原环境，烃源岩热演化程度高，达到成熟阶段［33］。

姥植比（Pr/Ph）可用于判断烃源岩沉积时的氧化还原条件［34］。一般在缺氧条件或强还原条件下，有机质生成植烷，在氧化条件下生成姥鲛烷，即当Pr/Ph＜0.8 时可判断为强还原环境，当0.8＜Pr/Ph＜3.0 时可判断为还原环境，当Pr/Ph＞3.0 时可判断为氧化环境［35］。梅博文等［36］研究了咸水深湖相富有机质黑色泥页岩的有机地球化学特征，发现其Pr/Ph 值为0.2～0.8，CPI＜1，原油表现为植烷优势，沉积环境为强还原条件；微咸水深湖相富有机质黑色泥页岩的Pr/Ph 值为0.8～2.8，CPI≥1，原油姥鲛烷或植烷优势消失，反映了沉积环境为还原条件。富县地区长7 烃源岩各个样品的Pr/Ph，Pr/nC17，Ph/nC18值基本相当（表4），Pr/Ph为0.84～1.62，平均为1.37；Pr/nC17为0.14～0.45，平均为0.21；Ph/nC18为0.10～0.44，平均为0.17，反映出有机质演化程度较高，沉积环境以还原环境为主。

图4 富县地区长7 烃源岩的饱和烃气相色谱图Fig.4 Gas chromatogram of saturated hydrocarbons of Chang 7 source rock in Fuxian area

表4 富县地区长7 烃源岩饱和烃色谱参数Table 4 Chromatographic parameters of saturated hydrocarbons of Chang 7 source rock in Fuxian area

3.5 甾烷及萜烷生物标志化合物特征

3.5.1 萜烷分布特征

富县地区长7 烃源岩萜类化合物特征为：五环三萜烷含量高，其中以18α（H）-C27三降藿烷（Ts）最为突出，其次为C30-藿烷和C30-降藿烷（图5）。伽马蜡烷含量通常能很好地反映古水体盐度，常用伽马蜡烷指数即“伽马蜡烷/C30H”表示其相对含量［35］。

富县地区长7 烃源岩伽马蜡烷含量总体较低（图5），伽马蜡烷/C30H 为0.12～0.13，数值较低，表明烃源岩沉积时水体盐度较低，淡水供给充分（表5）。Ts/Tm 为1.59～6.30，平均为4.57，显示长7 烃源岩成熟度高。Andrew 等［37］通过研究认为，若沉积时水体富含大量黏土矿物，则黏土矿物的酸性催化会使Ts 含量急剧增加，对Ts/Tm 值产生影响。因此，Ts/Tm 值可作为辅助参数判断烃源岩的成熟度。

白玉彬等［38］认为C31藿烷22S/（22R+22S）参数的平衡点为0.57～0.60，当该值为0.50～0.54时，表明烃源岩进入生油阶段；当该值为0.57～0.62时，表明烃源岩已过成熟或处于生气阶段。富县地区长7烃源岩的C31藿烷22S/（22R+22S）值为0.40～0.57，平均为0.52，当该参数为0.50～0.54时，表明烃源岩已进入成熟生油阶段。

图5 富县地区长7 烃源岩典型井mz/191 和mz/217 质量色谱图Fig.5 Mass chromatogram of mz/191 and mz/217 of typical wells of Chang 7 source rock in Fuxian area

表5 富县地区长7 烃源岩生物标志化合物特征Table 5 Characteristics of biomarker compound parameters of Chang 7 source rock in Fuxian area

3.5.2 甾烷分布特征

富县地区长7 烃源岩的规则甾烷αααRC27-C28-C29构型均表现为“V”字型分布，即C27＞C28＜C29，表明其母质类型以湖相腐泥型为主；其中孕甾烷和升孕甾烷峰型高，表明母质类型主要为低等水生生物（图5）。生物标志化合物参数也能反映出烃源岩有机质的成熟度［39］。C29甾烷ββ/（ββ+αα）的平衡点为0.67～0.71，当该值约为0.25 时，表明有机质进入生油阶段；C29甾烷20S/（20S+20R）的平衡点为0.52～0.55，相当于Ro为0.8%左右［40］。富县地区长7烃源岩的20RC29αββ/（αββ+ααα）为0.57～0.65，平均为0.62，αααC2920S/（20S+20R）为0.30～0.55，平均为0.49（表5）。这些生物标志化合物均显示有机质已经达到成熟标准。

4 烃源岩的综合评价

鄂尔多斯盆地富县地区长7 烃源岩在平面上广泛发育，且具有有机质丰度高、类型好、成熟度高的特征，其“TOC”及氯仿沥青“A”均达到好烃源岩标准，以Ⅰ—Ⅱ1型干酪根为主，生油能力强，镜质体反射率平均为0.76%，Tmax平均为451.7 ℃，均达到成熟阶段。其中最优质的烃源岩为长7 下部的张家滩页岩，分布广且厚度大，平均厚度大于45 m，中部及西北部烃源岩较为发育。长6—长8 油层组致密油的大规模富集主要得益于长7 优质烃源岩为其提供的良好油源基础［38，41-42］。因此，富县地区西北部及中部的烃源岩厚度较大的区域为致密油有利勘探区。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地富县地区延长组长7 烃源岩的平均厚度大于45 m，平面上广泛分布；TOC 质量分数平均为5.06%，氯仿沥青“A”质量分数平均为0.41%，S1+S2平均为13.1 mg/g，有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主，Ro平均为0.76%，岩石最大热解峰温平均为451.7 ℃，反映了有机质丰度高、类型好，且处于成熟阶段，烃源岩已进入生油窗阶段，生物标志化合物显示其形成于低盐度的陆相还原环境，母质类型以低等水生生物为主。

（2）鄂尔多斯盆地富县地区延长组长7烃源岩的生烃潜力大，为长6—长8 油气藏的主要油气来源，其西北部及中部的较厚区域为下一步致密油勘探的有利区。